JP3070167B2 - タービンノズル - Google Patents
タービンノズルInfo
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はタービンノズルに関する
ものである。
ものである。
【０００２】
【従来の技術】図９から図１２は従来の軸流タービンの
タービンノズルの一例を示し、該タービンノズルは、環
状の内側壁１を周方向へ取り囲むように、環状の外側壁
２を同軸に配設し、一側に凸曲面状の背面３を、また、
他面に凹曲面状の腹面４を有する複数のノズル翼５を、
前記内側壁１の外周面と外側壁２の内周面との間に形成
された空間内に、隣接するノズル翼５の背面３と腹面４
とが互いに対向するように、周方向に等間隔に配設した
うえ、各ノズル翼５の基端部８ａを前記内側壁１の外周
面に、また、先端部８ｃを前記外側壁２の内周面に取付
けて、前記内側壁１の外周面、外側壁２の内周面、隣接
するノズル翼５の背面３及び腹面４により複数の作動流
体流路６を形成している。
タービンノズルの一例を示し、該タービンノズルは、環
状の内側壁１を周方向へ取り囲むように、環状の外側壁
２を同軸に配設し、一側に凸曲面状の背面３を、また、
他面に凹曲面状の腹面４を有する複数のノズル翼５を、
前記内側壁１の外周面と外側壁２の内周面との間に形成
された空間内に、隣接するノズル翼５の背面３と腹面４
とが互いに対向するように、周方向に等間隔に配設した
うえ、各ノズル翼５の基端部８ａを前記内側壁１の外周
面に、また、先端部８ｃを前記外側壁２の内周面に取付
けて、前記内側壁１の外周面、外側壁２の内周面、隣接
するノズル翼５の背面３及び腹面４により複数の作動流
体流路６を形成している。
【０００３】図９から図１２に示すタービンノズルを備
えた軸流タービンでは、作動流体流路６に、タービンノ
ズルの前方Ａ側から後方Ｂ側へ向って、作動流体７が流
入すると、前記背面３と腹面４におけるノズル翼５の前
縁９ａから後縁９ｄまでの間の圧力分布は、前述した背
面３と腹面４の形状の影響を受けて腹面４のほうが背面
３よりも高くなる。
えた軸流タービンでは、作動流体流路６に、タービンノ
ズルの前方Ａ側から後方Ｂ側へ向って、作動流体７が流
入すると、前記背面３と腹面４におけるノズル翼５の前
縁９ａから後縁９ｄまでの間の圧力分布は、前述した背
面３と腹面４の形状の影響を受けて腹面４のほうが背面
３よりも高くなる。
【０００４】また、作動流体流路６内のノズル翼５の前
縁９ａ付近におけるノズル翼５のタービンノズル径方向
の速度分布は、図１１に示す如く内側壁１及び外側壁２
の近傍では作動流体７が内側壁１及び外側壁２の影響を
受けて速度が低くなる。
縁９ａ付近におけるノズル翼５のタービンノズル径方向
の速度分布は、図１１に示す如く内側壁１及び外側壁２
の近傍では作動流体７が内側壁１及び外側壁２の影響を
受けて速度が低くなる。
【０００５】このため、作動流体流路６の内側壁１外周
面近傍及び外側壁２内周面近傍では、作動流体７の流れ
に境界層が生じてノズル翼５の背面３へ向って流れる二
次流れ１０が発生し、作動流体７が作動流体流路６へ流
入する際にノズル翼５の前縁９ａに衝突することにより
生じる馬締形渦１１に前記二次流れ１０が干渉して背面
３の内側壁１近傍及び外側壁２近傍において通路渦１２
が形成される。
面近傍及び外側壁２内周面近傍では、作動流体７の流れ
に境界層が生じてノズル翼５の背面３へ向って流れる二
次流れ１０が発生し、作動流体７が作動流体流路６へ流
入する際にノズル翼５の前縁９ａに衝突することにより
生じる馬締形渦１１に前記二次流れ１０が干渉して背面
３の内側壁１近傍及び外側壁２近傍において通路渦１２
が形成される。
【０００６】更に、作動流体流路６内を前方Ａ側から、
後方Ｂ側へ向って流通する作動流体７の方向成分は出口
に近づくにつれ周方向の速度成分を有するため、遠心力
にバランスするよう背面３の後縁９ｄ近傍では、図１２
に示す如く、内側壁１から外側壁２へ向って漸次圧力が
高くなる圧力分布となり、背面３の後縁９ｄ近傍におい
ては圧力差によって外側壁２側から内側壁１側へ向う流
れ１３が生じ、該流れ１３により背面３の外側壁２近傍
において形成された通路渦１２が、作動流体流路６の中
央部を前方Ａ側から後方Ｂ側へ向って流通する作動流体
主流１４へ巻き込まれて該作動流体主流１４を乱し、図
８に破線で示す如く、作動流体流路６の内側壁１、外側
壁２の近傍での圧力損失が大きくなる（ただし、図８に
おいて作動流体流路６の中間部においては、前記破線は
実線と重複している）。
後方Ｂ側へ向って流通する作動流体７の方向成分は出口
に近づくにつれ周方向の速度成分を有するため、遠心力
にバランスするよう背面３の後縁９ｄ近傍では、図１２
に示す如く、内側壁１から外側壁２へ向って漸次圧力が
高くなる圧力分布となり、背面３の後縁９ｄ近傍におい
ては圧力差によって外側壁２側から内側壁１側へ向う流
れ１３が生じ、該流れ１３により背面３の外側壁２近傍
において形成された通路渦１２が、作動流体流路６の中
央部を前方Ａ側から後方Ｂ側へ向って流通する作動流体
主流１４へ巻き込まれて該作動流体主流１４を乱し、図
８に破線で示す如く、作動流体流路６の内側壁１、外側
壁２の近傍での圧力損失が大きくなる（ただし、図８に
おいて作動流体流路６の中間部においては、前記破線は
実線と重複している）。
【０００７】一方、上述した軸流タービンの効率低下の
一要因となる作動流体流路６内の内側壁１、外側壁２の
近傍における境界層の発達を抑制可能なタービンノズル
として、図１３及び図１４に示すような湾曲したノズル
翼１５を有するタービンノズルがある。
一要因となる作動流体流路６内の内側壁１、外側壁２の
近傍における境界層の発達を抑制可能なタービンノズル
として、図１３及び図１４に示すような湾曲したノズル
翼１５を有するタービンノズルがある。
【０００８】以下、図１３及び図１４により湾曲したノ
ズル翼１５を有するタービンノズルの構造を説明する。
ズル翼１５を有するタービンノズルの構造を説明する。
【０００９】なお、図中、図９から図１２と同一の符号
を付した部分は同一物を表わしている。
を付した部分は同一物を表わしている。
【００１０】ノズル翼１５は、前述したノズル翼５と同
様に、一側に凸曲面状の背面３を、また、他側に凹曲面
状の腹面４を有し、基端部８ａが内側壁１の外周面に、
また、先端部８ｃが外側壁２の内周面に取付けられてお
り、前記内側壁１の外周面、外側壁２の内周面、隣接す
るノズル翼１５の背面３及び腹面４により複数の作動流
体流路１６を形成している。
様に、一側に凸曲面状の背面３を、また、他側に凹曲面
状の腹面４を有し、基端部８ａが内側壁１の外周面に、
また、先端部８ｃが外側壁２の内周面に取付けられてお
り、前記内側壁１の外周面、外側壁２の内周面、隣接す
るノズル翼１５の背面３及び腹面４により複数の作動流
体流路１６を形成している。
【００１１】更に、各ノズル翼１５をタービンノズル軸
線方向に見ると、各ノズル翼１５の腹面４が隣接するノ
ズル翼１５の背面３に向って突出するように且つ各ノズ
ル翼１５の背面３が隣接するノズル翼１５の腹面４に対
して窪むように湾曲した形状になっており、ノズル翼１
５の基端部８ａから先端部８ｃに向って延び、ノズル翼
１５をタービンノズル軸線方向に見た際のノズル翼１５
の輪部を定める積み重ね線１７が、タービンノズルの半
径方向に延び且つノズル翼１５の基端部８ａと先端部８
ｃとの間の中央部８ｂを通るタービンノズル径方向基準
線１８に対して、前記内側壁１及び外側壁２に近付くほ
ど、隣接するノズル翼１５の腹面４側に近接する円弧状
に形成されている。
線方向に見ると、各ノズル翼１５の腹面４が隣接するノ
ズル翼１５の背面３に向って突出するように且つ各ノズ
ル翼１５の背面３が隣接するノズル翼１５の腹面４に対
して窪むように湾曲した形状になっており、ノズル翼１
５の基端部８ａから先端部８ｃに向って延び、ノズル翼
１５をタービンノズル軸線方向に見た際のノズル翼１５
の輪部を定める積み重ね線１７が、タービンノズルの半
径方向に延び且つノズル翼１５の基端部８ａと先端部８
ｃとの間の中央部８ｂを通るタービンノズル径方向基準
線１８に対して、前記内側壁１及び外側壁２に近付くほ
ど、隣接するノズル翼１５の腹面４側に近接する円弧状
に形成されている。
【００１２】図１３及び図１４に示すタービンノズルを
備えた軸流タービンでは、作動流体流路１６に前方Ａ側
から後方Ｂ側に向って作動流体７が流入すると、作動流
体流路１６の腹面４寄りを流通する作動流体７のうち、
内側壁１及び外側壁２の近傍を通過しようとする作動流
体７の流れは、タービンノズル軸線方向に見て、ノズル
翼１５が隣接するノズル翼１５の背面３に向って突出す
るように湾曲しているために、矢印Ｃで示す如く内側壁
１及び外側壁２へ押付けられ、軸流タービンの効率低下
の一要因となる内側壁１、外側壁２の近傍における境界
層の発達が抑制され、通路渦１２の発生量が少なくな
る。
備えた軸流タービンでは、作動流体流路１６に前方Ａ側
から後方Ｂ側に向って作動流体７が流入すると、作動流
体流路１６の腹面４寄りを流通する作動流体７のうち、
内側壁１及び外側壁２の近傍を通過しようとする作動流
体７の流れは、タービンノズル軸線方向に見て、ノズル
翼１５が隣接するノズル翼１５の背面３に向って突出す
るように湾曲しているために、矢印Ｃで示す如く内側壁
１及び外側壁２へ押付けられ、軸流タービンの効率低下
の一要因となる内側壁１、外側壁２の近傍における境界
層の発達が抑制され、通路渦１２の発生量が少なくな
る。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】ところが、図１３及び
図１４に示すタービンノズルでは、前述した如く内側壁
１、外側壁２の近傍における境界層の発達は抑制し得る
が、ノズル翼１５を湾曲させることにより、腹面４寄り
の内側壁１及び外側壁２の近傍を通過する作動流体７に
矢印Ｄで示す如く、積み重ね線１７に垂直な方向に力が
作用する。
図１４に示すタービンノズルでは、前述した如く内側壁
１、外側壁２の近傍における境界層の発達は抑制し得る
が、ノズル翼１５を湾曲させることにより、腹面４寄り
の内側壁１及び外側壁２の近傍を通過する作動流体７に
矢印Ｄで示す如く、積み重ね線１７に垂直な方向に力が
作用する。
【００１４】このときの、ノズル翼１５の背面３、腹面
４における前縁９ａから後縁９ｄまでの間の圧力分布
を、図４から図６によって基端部８ａ、中央部８ｂ、先
端部８ｃごとに破線（ただし、図５においては破線は実
線と重複している）で示すと、背面３の中間部９ｂ，９
ｃでは、中央部８ｂよりも、基端部８ａ及び先端部８ｃ
のほうが高い圧力値を示す。
４における前縁９ａから後縁９ｄまでの間の圧力分布
を、図４から図６によって基端部８ａ、中央部８ｂ、先
端部８ｃごとに破線（ただし、図５においては破線は実
線と重複している）で示すと、背面３の中間部９ｂ，９
ｃでは、中央部８ｂよりも、基端部８ａ及び先端部８ｃ
のほうが高い圧力値を示す。
【００１５】更にノズル翼１５の背面３の前縁９ａ、中
間部９ｂ，９ｃ、後縁９ｄの各部におけるノズル翼高さ
方向の圧力分布は、図７に一点鎖線で示す如くノズル翼
１５の基端部８ａから圧力測定位置までのノズル翼高さ
の距離をノズル翼高さで割った無次元翼高を縦軸にと
り、また、前縁９ａ、中間部９ｂ，９ｃ、後縁９ｄの各
部の各圧力測定位置における背面３の静圧を、背面３の
前縁９ａにおける入口壁よどみ圧力で割った無次元圧力
を横軸にとってみると、中間部９ｂ，９ｃでは、ノズル
翼１５の背面３の中央部８ｂ（無次元翼高０．５付近）
における無次元圧力よりも、基端部８ａ（無次元翼高
０）及び先端部８ｃ（無次元翼高１．０）に近付くほど
無次元圧力が大きくなる。
間部９ｂ，９ｃ、後縁９ｄの各部におけるノズル翼高さ
方向の圧力分布は、図７に一点鎖線で示す如くノズル翼
１５の基端部８ａから圧力測定位置までのノズル翼高さ
の距離をノズル翼高さで割った無次元翼高を縦軸にと
り、また、前縁９ａ、中間部９ｂ，９ｃ、後縁９ｄの各
部の各圧力測定位置における背面３の静圧を、背面３の
前縁９ａにおける入口壁よどみ圧力で割った無次元圧力
を横軸にとってみると、中間部９ｂ，９ｃでは、ノズル
翼１５の背面３の中央部８ｂ（無次元翼高０．５付近）
における無次元圧力よりも、基端部８ａ（無次元翼高
０）及び先端部８ｃ（無次元翼高１．０）に近付くほど
無次元圧力が大きくなる。
【００１６】よって、ノズル翼１５の背面３の中間部９
ｂ，９ｃ付近では、基端部８ａ側及び先端部８ｃ側から
中央部８ｂへ行う流れが生じ、通路渦１２（図９参照）
が作動流体流路１６の中央部を前方Ａ側から後方Ｂ側へ
向って流通する作動流体主流１４へ巻き込まれて該作動
流体主流１４を乱し、図８に一点鎖線で示す如く、作動
流体流路１６のノズル翼高さ中央部８ｂ付近での圧力損
失が大きくなる。
ｂ，９ｃ付近では、基端部８ａ側及び先端部８ｃ側から
中央部８ｂへ行う流れが生じ、通路渦１２（図９参照）
が作動流体流路１６の中央部を前方Ａ側から後方Ｂ側へ
向って流通する作動流体主流１４へ巻き込まれて該作動
流体主流１４を乱し、図８に一点鎖線で示す如く、作動
流体流路１６のノズル翼高さ中央部８ｂ付近での圧力損
失が大きくなる。
【００１７】本発明は上述した問題点を解決するもの
で、タービンノズルの作動流体流路内における圧力損失
を低減させることを目的としている。
で、タービンノズルの作動流体流路内における圧力損失
を低減させることを目的としている。
【００１８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明のタービンノズルでは、環状の内側壁１を周
方向に取り囲むように、環状の外側壁２を同軸に配置
し、一側に凸曲面状の背面３を、また、他側に凹曲面状
の腹面４を有する複数のノズル翼１９を、前記内側壁１
の外周面と外側壁２の内周面との間に形成される空間内
に、隣接するノズル翼１９の背面３と腹面４とが互いに
対向するように、周方向に等間隔に配設し、各ノズル翼
１９の基端部８ａを前記内側壁１の外周面に、また、先
端部８ｃを前記外側壁２の内周面に取付けて、内側壁１
の外周面、外側壁２の内周面、隣接するノズル翼１９の
背面３及び腹面４により複数の作動流体流路２０を形成
したタービンノズルにおいて、タービンノズル軸方向に
見て、各ノズル翼１９の腹面４が隣接する他のノズル翼
１９の背面３に対して突出し且つ背面３が隣接する他の
ノズル翼１９の腹面４に対して窪むように、それぞれの
ノズル翼１９を湾曲させ、ノズル翼１９の基端部８ａと
先端部８ｃとの間の翼高さ方向中央部８ｂにおける翼最
大厚さ部分２２を、ノズル翼１９の前縁９ａと後縁９ｄ
との間の翼前後方向中間部９ｂに位置させ、ノズル翼１
９の基端部８ａ寄りの翼最大厚さ部分２３、並びに先端
部８ｃ寄りの翼最大厚さ部分２４を、ノズル翼１９の翼
弦長を変えることなく、翼高さ方向中央部８ｂから基端
部８ａ及び先端部８ｃへ向うのにつれ、翼前後方向中間
部９ｂから前縁９ａ寄りに漸次近付けるとともに、翼最
大厚さ部分２２，２３，２４の大きさを、翼高さ方向中
央部８ｂから基端部８ａ及び先端部８ｃへ近付くほど漸
次大きくなるように形成している。
め、本発明のタービンノズルでは、環状の内側壁１を周
方向に取り囲むように、環状の外側壁２を同軸に配置
し、一側に凸曲面状の背面３を、また、他側に凹曲面状
の腹面４を有する複数のノズル翼１９を、前記内側壁１
の外周面と外側壁２の内周面との間に形成される空間内
に、隣接するノズル翼１９の背面３と腹面４とが互いに
対向するように、周方向に等間隔に配設し、各ノズル翼
１９の基端部８ａを前記内側壁１の外周面に、また、先
端部８ｃを前記外側壁２の内周面に取付けて、内側壁１
の外周面、外側壁２の内周面、隣接するノズル翼１９の
背面３及び腹面４により複数の作動流体流路２０を形成
したタービンノズルにおいて、タービンノズル軸方向に
見て、各ノズル翼１９の腹面４が隣接する他のノズル翼
１９の背面３に対して突出し且つ背面３が隣接する他の
ノズル翼１９の腹面４に対して窪むように、それぞれの
ノズル翼１９を湾曲させ、ノズル翼１９の基端部８ａと
先端部８ｃとの間の翼高さ方向中央部８ｂにおける翼最
大厚さ部分２２を、ノズル翼１９の前縁９ａと後縁９ｄ
との間の翼前後方向中間部９ｂに位置させ、ノズル翼１
９の基端部８ａ寄りの翼最大厚さ部分２３、並びに先端
部８ｃ寄りの翼最大厚さ部分２４を、ノズル翼１９の翼
弦長を変えることなく、翼高さ方向中央部８ｂから基端
部８ａ及び先端部８ｃへ向うのにつれ、翼前後方向中間
部９ｂから前縁９ａ寄りに漸次近付けるとともに、翼最
大厚さ部分２２，２３，２４の大きさを、翼高さ方向中
央部８ｂから基端部８ａ及び先端部８ｃへ近付くほど漸
次大きくなるように形成している。
【００１９】
【作用】本発明のタービンノズルでは、タービンノズル
軸線方向に見て各ノズル翼１９を、隣接する他のノズル
翼１９の背面３側へ向って凸湾曲させることにより、作
動流体流路２０において、ノズル翼１９の腹面４寄りを
流通する作動流体７のうち、内側壁１及び外側壁２の近
傍を通過しようとする流れを、内側壁１及び外側壁２へ
向って押し付け、内側壁１及び外側壁２の近傍における
境界層の発達を抑制する。 更に、ノズル翼１９の基端部
８ａ寄りの翼最大厚さ部分２３、並びに先端部８ｃ寄り
の翼最大厚さ部分２４を、翼高さ方向中央部８ｂから基
端部８ａ及び先端部８ｃへ向うのにつれ、翼前後方向中
間部９ｂから前縁部９ａ寄りに漸次近付くとともに、翼
最大厚さ部分２２，２３，２４の大きさが、翼高さ方向
中央部８ｂから基端部８ａ及び先端部８ｃへ近付くほど
漸次大きくなるように形成し、湾曲したノズル翼１９に
より、当該ノズル翼１９の腹面４寄りの内側壁１及び外
側壁２の近傍を通過しようとする作動流体７の流れに対
し、腹面４側から隣接する他のノズル翼１９の背面３側
へ向ってノズル翼１９の積み重ね線１７に垂直な方向へ
作用する力の位置を、ノズル翼１９の前縁９ａ寄りに移
動させ、ノズル翼１９の背面３の翼前後方向中間部９
ｂ，９ｃにおける翼高さ方向の圧力分布を、略均一な状
態にし、作動流体流路２０の翼高さ方向中央部８ｂ付近
での圧力損失を小さくする。
軸線方向に見て各ノズル翼１９を、隣接する他のノズル
翼１９の背面３側へ向って凸湾曲させることにより、作
動流体流路２０において、ノズル翼１９の腹面４寄りを
流通する作動流体７のうち、内側壁１及び外側壁２の近
傍を通過しようとする流れを、内側壁１及び外側壁２へ
向って押し付け、内側壁１及び外側壁２の近傍における
境界層の発達を抑制する。 更に、ノズル翼１９の基端部
８ａ寄りの翼最大厚さ部分２３、並びに先端部８ｃ寄り
の翼最大厚さ部分２４を、翼高さ方向中央部８ｂから基
端部８ａ及び先端部８ｃへ向うのにつれ、翼前後方向中
間部９ｂから前縁部９ａ寄りに漸次近付くとともに、翼
最大厚さ部分２２，２３，２４の大きさが、翼高さ方向
中央部８ｂから基端部８ａ及び先端部８ｃへ近付くほど
漸次大きくなるように形成し、湾曲したノズル翼１９に
より、当該ノズル翼１９の腹面４寄りの内側壁１及び外
側壁２の近傍を通過しようとする作動流体７の流れに対
し、腹面４側から隣接する他のノズル翼１９の背面３側
へ向ってノズル翼１９の積み重ね線１７に垂直な方向へ
作用する力の位置を、ノズル翼１９の前縁９ａ寄りに移
動させ、ノズル翼１９の背面３の翼前後方向中間部９
ｂ，９ｃにおける翼高さ方向の圧力分布を、略均一な状
態にし、作動流体流路２０の翼高さ方向中央部８ｂ付近
での圧力損失を小さくする。
【００２０】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ説
明する。
明する。
【００２１】図１から図３は本発明のタービンノズルの
一実施例であり、図中、図９から図１４と同一の符号を
付した部分は同一物を表わしている。
一実施例であり、図中、図９から図１４と同一の符号を
付した部分は同一物を表わしている。
【００２２】ノズル翼１９は一側に凸曲面状の背面３
を、また他側に凹曲面状の腹面４を有し、内側壁１と外
側壁２との間に形成される空間内に、隣接するノズル翼
１９の背面３と腹面４とが互いに対向するように、周方
向に等間隔に複数配設されたうえ、各ノズル翼１９の基
端部８ａが前記内側壁１の外周面に、また、先端部８ｃ
が前記外側壁２の内周面に取付けられており、前記内側
壁１の外周面、外側壁２の内周面、隣接するノズル翼１
９の背面３及び腹面４により、複数の作動流体流路２０
を形成している。
を、また他側に凹曲面状の腹面４を有し、内側壁１と外
側壁２との間に形成される空間内に、隣接するノズル翼
１９の背面３と腹面４とが互いに対向するように、周方
向に等間隔に複数配設されたうえ、各ノズル翼１９の基
端部８ａが前記内側壁１の外周面に、また、先端部８ｃ
が前記外側壁２の内周面に取付けられており、前記内側
壁１の外周面、外側壁２の内周面、隣接するノズル翼１
９の背面３及び腹面４により、複数の作動流体流路２０
を形成している。
【００２３】また、各ノズル翼１９をタービンノズル軸
線方向に見ると、各ノズル翼１９の腹面４が隣接するノ
ズル翼１９の背面３に向って突出するように且つ各ノズ
ル翼１９の腹面４に対して窪むように湾曲した形状にな
っており、ノズル翼１９の輪部を定める積み重ね線１７
が、タービンノズル径方向基準線１８に対して、内側壁
１及び外側壁２に近付くほど、隣接するノズル翼１５の
背面３側に近接する円弧状に形成されている。
線方向に見ると、各ノズル翼１９の腹面４が隣接するノ
ズル翼１９の背面３に向って突出するように且つ各ノズ
ル翼１９の腹面４に対して窪むように湾曲した形状にな
っており、ノズル翼１９の輪部を定める積み重ね線１７
が、タービンノズル径方向基準線１８に対して、内側壁
１及び外側壁２に近付くほど、隣接するノズル翼１５の
背面３側に近接する円弧状に形成されている。
【００２４】ノズル翼１９の積み重ね線１７の、内側壁
１及び外側壁２近傍における接線２１は、タービンノズ
ル径方向基準線１８に対して１０〜３０度程度の傾斜角
度θを有するようになっている。
１及び外側壁２近傍における接線２１は、タービンノズ
ル径方向基準線１８に対して１０〜３０度程度の傾斜角
度θを有するようになっている。
【００２５】更に、各ノズル翼１９の中央部８ｂにおけ
る翼高さ中央部最大厚さ部分２２がノズル翼前後方向中
間部９ｂに位置し、ノズル翼１９の翼弦長を変えずに、
前記ノズル翼中央部８ｂから基端部８ａ及び先端部８ｃ
へ向うのにつれ基端部８ａの最大厚さ部分２３及び先端
部８ｃの最大厚さ部分２４が前記中間部９ｂから前縁９
ａ寄りに漸次近付き、且つノズル翼の最大厚さ部分２
２，２３，２４の大きさが、中央部８ｂから基端部８ａ
及び先端部８ｃへ近付くほど漸次大きくなるような形状
になっている。
る翼高さ中央部最大厚さ部分２２がノズル翼前後方向中
間部９ｂに位置し、ノズル翼１９の翼弦長を変えずに、
前記ノズル翼中央部８ｂから基端部８ａ及び先端部８ｃ
へ向うのにつれ基端部８ａの最大厚さ部分２３及び先端
部８ｃの最大厚さ部分２４が前記中間部９ｂから前縁９
ａ寄りに漸次近付き、且つノズル翼の最大厚さ部分２
２，２３，２４の大きさが、中央部８ｂから基端部８ａ
及び先端部８ｃへ近付くほど漸次大きくなるような形状
になっている。
【００２６】図１から図３に示すタービンノズルを備え
た軸流タービンでは、作動流体流路２０に、タービンノ
ズルの前方Ａ側から後方Ｂ側へ向って作動流体７が流入
すると、作動流体流路２０の腹面４寄りを流通する作動
流体７のうち、内側壁１及び外側壁２の近傍を通過しよ
うとする作動流体７の流れは、図１３及び図１４に示す
タービンノズルと同様にタービンノズル軸方向に見てノ
ズル翼１９が隣接するノズル翼１９の背面３に向って湾
曲しているために、矢印Ｃで示す如く内側壁１及び外側
壁２へ向って押付けられ、内側壁１，外側壁２の近傍に
おける境界層の発達が抑制され、通路渦１２（図９参
照）の発生量が少なくなる。
た軸流タービンでは、作動流体流路２０に、タービンノ
ズルの前方Ａ側から後方Ｂ側へ向って作動流体７が流入
すると、作動流体流路２０の腹面４寄りを流通する作動
流体７のうち、内側壁１及び外側壁２の近傍を通過しよ
うとする作動流体７の流れは、図１３及び図１４に示す
タービンノズルと同様にタービンノズル軸方向に見てノ
ズル翼１９が隣接するノズル翼１９の背面３に向って湾
曲しているために、矢印Ｃで示す如く内側壁１及び外側
壁２へ向って押付けられ、内側壁１，外側壁２の近傍に
おける境界層の発達が抑制され、通路渦１２（図９参
照）の発生量が少なくなる。
【００２７】一方、本実施例のノズル翼１９は、最大厚
さ部分２２，２３，２４が、中央部８ｂから基端部８ａ
及び先端部８ｃに近付くほど前縁９ａ寄りに位置するよ
うになっていて、また最大厚さ部分２２，２３，２４の
大きさが、ノズル翼中央部８ｂから基端部８ａ及び先端
部８ｃへ近付くほど漸次大きくなるように形成されてい
るので、ノズル翼１９が湾曲することにより作動流体７
に積み重ね線１７に垂直方向（矢印Ｄ方向）の力が作用
する位置が図１３及び図１４に示すノズル翼１５に比べ
て前縁９ａ寄りに移動する。
さ部分２２，２３，２４が、中央部８ｂから基端部８ａ
及び先端部８ｃに近付くほど前縁９ａ寄りに位置するよ
うになっていて、また最大厚さ部分２２，２３，２４の
大きさが、ノズル翼中央部８ｂから基端部８ａ及び先端
部８ｃへ近付くほど漸次大きくなるように形成されてい
るので、ノズル翼１９が湾曲することにより作動流体７
に積み重ね線１７に垂直方向（矢印Ｄ方向）の力が作用
する位置が図１３及び図１４に示すノズル翼１５に比べ
て前縁９ａ寄りに移動する。
【００２８】このときのノズル翼１９の背面３、腹面４
における前縁９ａから後縁９ｄまでの間の圧力分布を、
図４から図６によって基端部８ａ、中央部８ｂ、先端部
８ｃごとに実線で示すと、背面３の基端部８ａ及び先端
部８ｃでは、圧力最小点が図１３及び図１４に示すノズ
ル翼１５に比べて前縁９ａ寄りへ移動する。
における前縁９ａから後縁９ｄまでの間の圧力分布を、
図４から図６によって基端部８ａ、中央部８ｂ、先端部
８ｃごとに実線で示すと、背面３の基端部８ａ及び先端
部８ｃでは、圧力最小点が図１３及び図１４に示すノズ
ル翼１５に比べて前縁９ａ寄りへ移動する。
【００２９】このため、ノズル翼１９の背面３のノズル
翼中間部９ｂ，９ｃにおけるノズル高さ方向の圧力分布
は、基端部８ａ及び先端部８ｃの圧力最小点が前縁９ａ
寄りへ移動することにより、図７に実線で示す如く、略
均一な状態となる。
翼中間部９ｂ，９ｃにおけるノズル高さ方向の圧力分布
は、基端部８ａ及び先端部８ｃの圧力最小点が前縁９ａ
寄りへ移動することにより、図７に実線で示す如く、略
均一な状態となる。
【００３０】よって、本実施例のタービンノズルでは、
ノズル翼１９の背面３の中間部９ｂ，９ｃにおいて、基
端部８ａ及び先端部８ｃからノズル翼高さ中央部８ｂへ
向う流れが発生せず、図８に実線で示す如く、作動流体
流路２０の中央部８ｂ付近での圧力損失が小さくなる。
ノズル翼１９の背面３の中間部９ｂ，９ｃにおいて、基
端部８ａ及び先端部８ｃからノズル翼高さ中央部８ｂへ
向う流れが発生せず、図８に実線で示す如く、作動流体
流路２０の中央部８ｂ付近での圧力損失が小さくなる。
【００３１】
【発明の効果】以上述べたように本発明のタービンノズ
ルによれば、下記のような種々の優れた効果を奏し得
る。 （１）タービンノズル軸線方向に見て各ノズル翼１９
が、隣接する他のノズル翼１９の背面３側へ向って凸湾
曲しているので、作動流体流路２０において、ノズル翼
１９の腹面４寄りを流通する作動流体７のうち、内側壁
１及び外側壁２の近傍を通過しようとする流れは、内側
壁１及び外側壁２へ向って押し付けられ、これにより、
内側壁１及び外側壁２の近傍における境界層の発達を抑
制することができる。 （２）ノズル翼１９の基端部８ａ寄りの翼最大厚さ部分
２３、並びに先端部８ｃ寄りの翼最大厚さ部分２４が、
翼高さ方向中央部８ｂから基端部８ａ及び先端部８ｃへ
向うのにつれ、翼前後方向中間部９ｂから前縁部９ａ寄
りに漸次近付くとともに、翼最大厚さ部分２２，２３，
２４の大きさが、翼高さ方向中央部８ｂから基端部８ａ
及び先端部８ｃへ近付くほど漸次大きくなっているの
で、湾曲したノズル翼１９により、当該ノズル翼１９の
腹面４寄りの内側壁１及び外側壁２の近傍を通過しよう
とする作動流体７の流れに対し、腹面４側から隣接する
他のノズル翼１９の背面３側へ向ってノズル翼１９の積
み重ね線１７に垂直な方向へ作用する力の位置が、ノズ
ル翼１９の前縁９ａ寄りに移動し、ノズル翼１９の背面
３の翼前後方向中間部９ｂ，９ｃにおける翼高さ方向の
圧力分布が、略均一な状態になり、その結果、作動流体
流路２０を通過する作動流体の圧力損失が小さくなっ
て、 軸流タービンの効率向上を図ることができる。
ルによれば、下記のような種々の優れた効果を奏し得
る。 （１）タービンノズル軸線方向に見て各ノズル翼１９
が、隣接する他のノズル翼１９の背面３側へ向って凸湾
曲しているので、作動流体流路２０において、ノズル翼
１９の腹面４寄りを流通する作動流体７のうち、内側壁
１及び外側壁２の近傍を通過しようとする流れは、内側
壁１及び外側壁２へ向って押し付けられ、これにより、
内側壁１及び外側壁２の近傍における境界層の発達を抑
制することができる。 （２）ノズル翼１９の基端部８ａ寄りの翼最大厚さ部分
２３、並びに先端部８ｃ寄りの翼最大厚さ部分２４が、
翼高さ方向中央部８ｂから基端部８ａ及び先端部８ｃへ
向うのにつれ、翼前後方向中間部９ｂから前縁部９ａ寄
りに漸次近付くとともに、翼最大厚さ部分２２，２３，
２４の大きさが、翼高さ方向中央部８ｂから基端部８ａ
及び先端部８ｃへ近付くほど漸次大きくなっているの
で、湾曲したノズル翼１９により、当該ノズル翼１９の
腹面４寄りの内側壁１及び外側壁２の近傍を通過しよう
とする作動流体７の流れに対し、腹面４側から隣接する
他のノズル翼１９の背面３側へ向ってノズル翼１９の積
み重ね線１７に垂直な方向へ作用する力の位置が、ノズ
ル翼１９の前縁９ａ寄りに移動し、ノズル翼１９の背面
３の翼前後方向中間部９ｂ，９ｃにおける翼高さ方向の
圧力分布が、略均一な状態になり、その結果、作動流体
流路２０を通過する作動流体の圧力損失が小さくなっ
て、 軸流タービンの効率向上を図ることができる。
【図１】本発明のタービンノズルの一実施例を示す斜視
図である。
図である。
【図２】本発明のタービンノズルの一実施例を示す断面
図である。
図である。
【図３】本発明のタービンノズルの一実施例に用いるノ
ズル翼の断面図である。
ズル翼の断面図である。
【図４】本発明のタービンノズルの一実施例に用いたノ
ズル翼の基端部における前縁から後縁の間の圧力分布
と、従来の湾曲したノズル翼の基端部における前縁から
後縁の間の圧力分布を比較するグラフである。
ズル翼の基端部における前縁から後縁の間の圧力分布
と、従来の湾曲したノズル翼の基端部における前縁から
後縁の間の圧力分布を比較するグラフである。
【図５】本発明のタービンノズルの一実施例に用いたノ
ズル翼の中央部における前縁から後縁の間の圧力分布
と、従来の湾曲したノズル翼の翼高さ方向中央部におけ
る前縁から後縁の間の圧力分布を比較するグラフであ
る。
ズル翼の中央部における前縁から後縁の間の圧力分布
と、従来の湾曲したノズル翼の翼高さ方向中央部におけ
る前縁から後縁の間の圧力分布を比較するグラフであ
る。
【図６】本発明のタービンノズルの一実施例に用いたノ
ズル翼の先端部における前縁から後縁の間の圧力分布
と、従来の湾曲したノズル翼の先端部における前縁から
後縁の間の圧力分布を比較するグラフである。
ズル翼の先端部における前縁から後縁の間の圧力分布
と、従来の湾曲したノズル翼の先端部における前縁から
後縁の間の圧力分布を比較するグラフである。
【図７】本発明のタービンノズルの一実施例に用いたノ
ズル翼の背面と、従来の湾曲したノズル翼の背面におけ
るノズル翼高さ方向の圧力分布を比較するグラフであ
る。
ズル翼の背面と、従来の湾曲したノズル翼の背面におけ
るノズル翼高さ方向の圧力分布を比較するグラフであ
る。
【図８】本発明のタービンノズルの作動流体流路内にお
ける圧力損失と、従来のタービンノズルの作動流体流路
内における圧力損失を比較するグラフである。
ける圧力損失と、従来のタービンノズルの作動流体流路
内における圧力損失を比較するグラフである。
【図９】従来のタービンノズルの一例を示す斜視図であ
る。
る。
【図１０】従来のタービンノズルの一例におけるノズル
翼の形状を示す断面図である。
翼の形状を示す断面図である。
【図１１】従来のタービンノズルの作動流体流路前縁付
近における速度分布を示す断面図である。
近における速度分布を示す断面図である。
【図１２】従来のタービンノズルのノズル翼背面におけ
る圧力分布を示す断面図である。
る圧力分布を示す断面図である。
【図１３】従来の湾曲したノズル翼を有するタービンノ
ズルの一例を示す斜視図である。
ズルの一例を示す斜視図である。
【図１４】従来の湾曲したノズル翼を有するタービンノ
ズルの一例を示す断面図である。
ズルの一例を示す断面図である。
１ 内側壁 ２ 外側壁 ３ 背面 ４ 腹面 ８ａ 基端部 ８ｂ 中央部 ８ｃ 先端部 ９ａ 前縁 ９ｂ 中間部 ９ｄ 後縁 １９ ノズル翼 ２０ 作動流体流路 ２２，２３，２４ 最大厚さ部分
Claims (1)
- 【請求項１】 環状の内側壁１を周方向に取り囲むよう
に、環状の外側壁２を同軸に配置し、一側に凸曲面状の
背面３を、また、他側に凹曲面状の腹面４を有する複数
のノズル翼１９を、前記内側壁１の外周面と外側壁２の
内周面との間に形成される空間内に、隣接するノズル翼
１９の背面３と腹面４とが互いに対向するように、周方
向に等間隔に配設し、各ノズル翼１９の基端部８ａを前
記内側壁１の外周面に、また、先端部８ｃを前記外側壁
２の内周面に取付けて、内側壁１の外周面、外側壁２の
内周面、隣接するノズル翼１９の背面３及び腹面４によ
り複数の作動流体流路２０を形成したタービンノズルに
おいて、タービンノズル軸方向に見て、各ノズル翼１９
の腹面４が隣接する他のノズル翼１９の背面３に対して
突出し且つ背面３が隣接する他のノズル翼１９の腹面４
に対して窪むように、それぞれのノズル翼１９を湾曲さ
せ、ノズル翼１９の基端部８ａと先端部８ｃとの間の翼
高さ方向中央部８ｂにおける翼最大厚さ部分２２を、ノ
ズル翼１９の前縁９ａと後縁９ｄとの間の翼前後方向中
間部９ｂに位置させ、ノズル翼１９の基端部８ａ寄りの
翼最大厚さ部分２３、並びに先端部８ｃ寄りの翼最大厚
さ部分２４を、ノズル翼１９の翼弦長を変えることな
く、翼高さ方向中央部８ｂから基端部８ａ及び先端部８
ｃへ向うのにつれ、翼前後方向中間部９ｂから前縁９ａ
寄りに漸次近付けるとともに、翼最大厚さ部分２２，２
３，２４の大きさを、翼高さ方向中央部８ｂから基端部
８ａ及び先端部８ｃへ近付くほど漸次大きくなるように
形成したことを特徴とするタービンノズル。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3203866A JP3070167B2 (ja) | 1991-07-18 | 1991-07-18 | タービンノズル |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3203866A JP3070167B2 (ja) | 1991-07-18 | 1991-07-18 | タービンノズル |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0526004A JPH0526004A (ja) | 1993-02-02 |
| JP3070167B2 true JP3070167B2 (ja) | 2000-07-24 |
Family
ID=16481003
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3203866A Expired - Fee Related JP3070167B2 (ja) | 1991-07-18 | 1991-07-18 | タービンノズル |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3070167B2 (ja) |
Families Citing this family (7)
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|---|---|---|---|---|
| JP4269763B2 (ja) | 2003-04-28 | 2009-05-27 | 株式会社Ｉｈｉ | タービンノズルセグメント |
| US7794201B2 (en) * | 2006-12-22 | 2010-09-14 | General Electric Company | Gas turbine engines including lean stator vanes and methods of assembling the same |
| JP5951534B2 (ja) * | 2013-03-13 | 2016-07-13 | 株式会社東芝 | 蒸気タービン |
| US9458732B2 (en) * | 2013-10-25 | 2016-10-04 | General Electric Company | Transition duct assembly with modified trailing edge in turbine system |
| US9995166B2 (en) * | 2014-11-21 | 2018-06-12 | General Electric Company | Turbomachine including a vane and method of assembling such turbomachine |
| WO2019064761A1 (ja) | 2017-09-29 | 2019-04-04 | 株式会社Ihi | 軸流型のファン、圧縮機及びタービンの翼の改造方法、及び当該改造により得られる翼 |
| JP7104379B2 (ja) | 2019-02-07 | 2022-07-21 | 株式会社Ihi | 軸流型のファン、圧縮機及びタービンの翼の設計方法、並びに、当該設計により得られる翼 |
-
1991
- 1991-07-18 JP JP3203866A patent/JP3070167B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0526004A (ja) | 1993-02-02 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |